NIM相位噪声测量系统的改造

    1　NIM相位噪声测量系统

    目前,随着无线通讯、卫星通讯及雷达系统的迅速发展,相位噪声的概念及其计量与测试已变得越来越重要。中国计量科学研究院(NIM)80年代就建立了相位噪声测量的最高标准,并一直开展对外测试与检定。但随着被测量频段的不断扩展,我们原有的测量系统已不能满足目前技术市场的需要。因此,我院在世行贷款项目中引进惠普公司最新推出的噪声测量商品系统E5500系列中的E5501B,对原有的系统进行了改造。该系统通过鉴定后将正式对外开展服务。

    E5501B系统采用传统的正交鉴相法,将被测源的随机相位起伏转化为与之成正比的随机电压起伏,由计算机和频谱仪进行谱分析。HPE5501B的原理简化框图见图1。

    HPE5500系列测量系统在计算机控制下完成自动测量,性能可靠且操作简便。为了验证E5501B系统的性能,我们采用自相关法对该系统进行本底测试,测试框图见图2。

    测量本底时,我们选用低噪声晶振8600作参考源。由于HPE5500系统的本底决定于HP70420的R输入端的信号电平,8600输出功率电平经放大后约为19dBm,该信号经功分器分为两路,一路经移相器,分别接到HP70420的二输入端,软件执行过程中,measurement type选择为residualphase noise(without using a phase locked loop),手动调节移相器,当两路信号正交时,测量系统的相位噪声本底,结果见图3所示。

    为了实现测量系统的性能,优质的参考源是非常重要的,在世行贷款项目中,我们从美国订购了两台频率标准源,每台均有5MHz,10MHz标准输出,经我们测试,其输出均大于15dBm,用E5500系统测量其相位噪声,结果如表1所示。

    HPE5501B测量范围为50kHz-1.6GHz,利用该系统,以标准频率源及HP8662A作为参考源,可测量5MHz,10MHz点频源及小于1.28GHz的连续源相位噪声。

    目前,越来越多的微波信号源需要进行相位噪声测试,HPE5500系列中的E5502/03/04系统由于内部含有下变频器,其测量范围分别为6.0,18.0,26.5GHz,而HPE5501B的测量范围仅到1.6GHz,因此,如何利用该系统及我们现有的仪器设备测量微波频率源的相位噪声是本文讨论的重点。

    2　微波频率源相位噪声的测量

    当测量微波信号源的相位噪声时,要找到低噪声的微波频率源作参考信号及在微波频率上直接鉴相是很困难的,通常解决的办法是利用低噪声的下变频器将被测源的频率变至RF/IF频段,这样就可以用低噪声的射频信号源作参考源和射频段的鉴相器。这种方法即为二次下变频法。利用这种方法测量技术简单,可充分利用射频段已有的相位噪声测量设备,通过二次下变频将微波段的测量转化为射频段的测量,避免了在微波段调整技术的困难,大大降低了成本。